专利名称：制造具有由充满隔离材料的沟槽组成的场隔离区的半导体器件的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件的制造方法，其中使硅本体的表面具有辅助材料层，在氧化处理期间，其上形成比在硅本体的硅上更厚的二氧化硅层，之后，在形成场隔离区的位置，在辅助层中形成窗口，并在硅本体的表面中形成沟槽，然后，进行氧化处理，其中使沟槽和窗口的侧壁具有二氧化硅层，但是其中阻止靠近窗口的辅助层的整个厚度被氧化，之后，以沟槽和窗口被完全充满的厚度淀积隔离材料层，进行平面化处理，直到露出辅助层的非氧化部分，并除去辅助层的非氧化部分。
在例如通过在氧化气氛中加热硅本体而进行的氧化处理期间，窗口的侧壁具有了比在沟槽的侧壁上形成的二氧化硅层更厚的二氧化硅层。这样，紧挨着沟槽，在窗口的侧壁上成形的二氧化硅层凸出在硅本体的非氧化硅之上。在平面化处理期间和在蚀刻掉辅助层的非氧化部分期间，仅除去这一隔离边缘厚度的一部分，结果形成紧挨着沟槽的隔离边缘凸出在紧挨着沟槽的硅本体的硅之上的场隔离区。由此，形成具有凸出在被场隔离区包围的有源区之上的隔离边缘的场隔离区。
在硅本体中提供场隔离区之后，在有源区中形成尤其具有平行于表面延伸的浅pn结的半导体元件。在这些更进一步的处理期间，进行蚀刻和清洗过程，蚀刻掉二氧化硅。如果场隔离区没有所述边缘，则由于所述的蚀刻掉二氧化硅，有源区将会暴露在与场隔离区的界面上。结果，浅pn结不再被隔离。这被在场隔离区形成的边缘阻止，该边缘与有源区重叠。
US5,834,358公开了在开篇段中提及的方法类型，其中使硅本体的表面具有包含1019到1021原子每cc的较重掺杂的低非晶或多晶硅的层，该层作为辅助层。掺杂可以是p型或n型。其中形成沟槽的硅本体是以大约1016原子每cc轻p型掺杂的。在氧化期间，使较重掺杂的多晶硅具有比在硅本体的较轻掺杂单晶硅上形成的二氧化硅层更厚的二氧化硅层。在氧气中在800到950℃的温度范围内进行氧化处理。淀积二氧化硅层作为隔离材料。在平面化处理和除去多晶硅的辅助层的非氧化部分之后，形成具有凸出在被场氧化物包围的有源区之上20到50nm的边缘的场隔离区。
用较重掺杂的多晶硅作为辅助层材料存在的缺点是，在氧化处理期间，掺杂剂例如磷或硼的原子可从辅助层流出并进入硅本体中的沟槽中。在沟槽侧壁氧化期间，这些原子在二氧化硅与沟槽侧壁之间的界面中彼此约束。结果，场隔离区的隔离性能可能受到不利影响。
本发明的目的尤其是提供一种没有所述缺点的方法。为了实现该目的，根据本发明的方法的特征在于将包含硅和锗的层用作硅本体表面的辅助层。在氧化处理期间，在反应室中于氧化气体中加热硅本体，在辅助层的氧化期间形成二氧化硅和氧化锗。第一种氧化物是稳定的，第二种氧化物在反应室中蒸发。在辅助层中的窗口的侧壁上以及沟槽的侧壁上形成二氧化硅层，在包含硅和锗的辅助层中的窗口的侧壁上形成二氧化硅比在沟槽的侧壁的硅上形成二氧化硅更快。由于在辅助层中没有掺杂剂，所以不存在不希望的掺杂剂的原子在二氧化硅与沟槽的侧壁之间的界面中约束的风险。在沟槽的侧壁上可能存在的锗对场隔离区的隔离性能没有影响。
优选的是，在硅本体的表面上，提供SixGe1-x-yCy层作为辅助层，其中0.70＜x＜0.95，且y＜0.05。这样的层在1000到1100℃的很高的温度范围内是稳定的。结果，可以在所述的很高温度下，在辅助层中的窗口的侧壁上和在沟槽的侧壁上提供所需的二氧化硅层。可以在非常短的时段内进行如此高温下的氧化处理。
在其中使沟槽的侧壁及窗口的侧壁具有氧化层的氧化处理期间，必须阻止紧挨着窗口的辅助层在其整个厚度上被氧化。这易于通过以足够大的厚度涂覆辅助层来实现。这也可以通过将氮化硅层涂覆到辅助层上，在辅助层中以及在氮化硅层中形成窗口的额外工艺步骤来实现。在这种情况下，在氧化处理期间，辅助层的上部被几乎不受氧化影响的氮化硅层保护。然后仅在窗口的侧壁位置使氧化层具有辅助层。氮化硅层具有可在平面化处理期间用作停止层的额外优点。但是，为了能够除去辅助层的非氧化部分，必须首先除去氮化硅层。
为了能够易于从表面除去辅助层的非氧化部分，优选在硅本体的表面涂覆辅助层之前，使所述表面具有二氧化硅层，并且还在该层中形成窗口。具有硅和锗的辅助层可以从二氧化硅层有选择地蚀刻，以便可以阻止由于蚀刻而破坏硅本体的表面。
从下面所述的实施方案，本发明的这些及其它方面是显然的，并且将参考下文中介绍的实施方案对此进行说明。
在附图中
图1到8是在通过根据本发明的方法的第一实施例的方式制造半导体器件中几个阶段的图示剖面图，以及图9到12是在通过根据本发明的方法的第二实施例的方式制造半导体器件中几个阶段的图示剖面图。
图1到8是在制造半导体器件中几个阶段的图示剖面图，其中在硅本体1中，形成包围有源半导体区3的场隔离区2。在该方法的第一实施例中，使硅本体1的表面4具有100到200nm厚的辅助层5。该辅助层5由在氧化期间于其上形成比在硅本体的硅上形成的二氧化硅层更厚的二氧化硅层的材料制成。在该实施例子，在辅助层5与表面之间提供大约5到15nm厚的二氧化硅层6。
在辅助层5上，以常规方式形成具有小孔8的光致抗蚀剂掩模7，小孔使辅助层5在要形成场隔离区2的位置露出。随后，如图2所示，在辅助层5中形成窗口9，窗口9包括横向延伸到表面4的侧壁10，并且在硅本体1的表面4中形成具有侧壁12的沟槽11。如有必要，可在辅助层5中形成窗口9之后，除去光致抗蚀剂掩模7，然后，用辅助层5作为掩模蚀刻沟槽11。但优选的是，使用光致抗蚀剂掩模7，通过常规各向异性刻蚀处理，在辅助层5中形成窗口9以及在硅本体1的表面4中形成沟槽11。
在蚀刻沟槽11之后，进行在氧化气体混合物中加热硅本体的氧化处理。在该氧化处理中，如图3所示，使沟槽11的侧壁12和窗口9的侧壁10具有二氧化硅层，即，使沟槽11的侧壁12具有层13，使窗口9的侧壁10具有层14。在氧化处理中，在此实施例中，还使辅助层5在上侧15上具有二氧化硅层16。不将辅助层5在其全部厚度上转化为二氧化硅；辅助层的层17将保留。
如图4所示，以完全填满沟槽11和窗口9的厚度淀积隔离材料层18(在此实施例中为二氧化硅层)。随后，如图5所示，进行常规平面化处理，直到露出辅助层17的非氧化部分。最终除去该部分17，如图6所示。
在图7中，示出与图6相同的情况，但不再单独显示层13和18。在此实施例中，两层均由二氧化硅构成。最终，在示出与图7相同的情况的图8中，进行短暂的常规蚀刻处理，以从表面4上除去二氧化硅层6。如该图所示，场隔离区2的边缘19凸出在有源区3上。
在硅本体1中形成场隔离区2之后，在有源区3中形成半导体元件(未示出)，所述半导体元件尤其具有平行于表面4延伸的浅pn结。在这些进一步的操作期间，进行蚀刻和清洗过程，其中形成并蚀刻掉二氧化硅。如果未使场隔离区具有边缘19，则通过所述操作，可以在其与场隔离区2的界面上露出有源区3。结果，浅pn结将不再被隔离。
在此实施例中，使硅本体1的表面4具有了包含硅和锗的大约100到200nm厚的辅助层5。在氧化处理期间，在反应室中，在含氧气体混合物中加热硅本体到1050到1160℃的温度大约30秒，并且在辅助层5的氧化期间形成二氧化硅和氧化锗。第一个氧化物是稳定的，第二个氧化物在反应室中蒸发。在辅助层5中的窗口9的侧壁10以及沟槽11的侧壁12上形成二氧化硅层，在包含硅和锗的辅助层5中的窗口9的侧壁10上形成二氧化硅的速度比在沟槽11的侧壁12的硅上形成二氧化硅的速度快。由于在辅助层5中不包含掺杂剂，所以不存在不希望的掺杂剂的原子约束在二氧化硅层13与沟槽11的侧壁12之间的界面中的风险。在沟槽的侧壁上可能存在的锗对场隔离区2的隔离特性没有影响。
优选的是，使硅层1的表面4具有SixGe1-x-yCy层形式的辅助层5，其中0.70＜x＜0.95，y＜0.05。这种层在1000到1100℃范围内的非常高的温度下是稳定的。结果，可以在窗口9的侧壁10上形成所需的二氧化硅层14，并且可以在所述非常高的温度下在沟槽11的侧壁12上形成二氧化硅层13。可以在非常短的时段内进行如此高温下的氧化处理，在此实施例中为大约30秒。然后，图8中所示的边缘19凸出在有源区3上大约10到30nm。
在这里介绍的实施例中，以足够的厚度提供辅助层5使得易于阻止辅助层5在其全部厚度上被氧化。当露出辅助层的非氧化部分17时，停止隔离层18的平面化处理。
在图9到12所示的方法的实施例中，如图9所示，将大约50nm
厚的氮化硅层20涂覆到辅助层5上，在这种情况下，辅助层5具有大约50nm的厚度。在氮化硅层20以及辅助层5中形成窗口9。结果，在氧化处理期间，辅助层5的上部受到几乎不受氧化影响的氮化硅层20的保护。然后，仅在窗口9的侧壁10位置由二氧化硅层14提供辅助层。
图10示出了二氧化硅层14涂覆到窗口9的侧壁10和二氧化硅层13涂覆到沟槽11的侧壁12上的情况。图11示出了在隔离材料层18平面化之后的情况。在此例中，在平面化处理期间氮化硅层20用作停止层。在平面化处理之后，在包含磷酸的常规蚀刻槽中除去氮化硅层20，随后在包含硝酸和氢氟酸的常规蚀刻槽中除去下面的辅助层5。图12示出了由此形成的结构，其中不再显示单个的二氧化硅层13、14和18。
如在两例中所示，辅助层5被涂覆到大约5到15nm厚的二氧化硅层6上。结果，容易从表面4上去掉辅助层的非氧化部分17。利用具有硝酸和氢氟酸的常规蚀刻槽可以有选择地从二氧化硅层6上蚀刻掉辅助层5。结果，阻止了硅本体1的表面4被蚀刻破坏。
权利要求
1.一种制造半导体器件的方法，其中使硅本体的表面具有辅助材料层，在氧化处理期间，在该层上形成比在硅本体的硅上更厚的二氧化硅层，之后，在要形成场隔离区的位置，在辅助层中形成窗口，并在硅本体的表面中形成沟槽，然后，进行氧化处理，其中使沟槽和窗口的侧壁具有二氧化硅层，但是其中阻止靠近窗口的辅助层在其整个厚度上被氧化，之后，以沟槽和窗口被完全充满的厚度淀积隔离材料层，进行平面化处理，直到露出辅助层的非氧化部分，之后除去辅助层的该部分，所述方法的特征在于将包含硅和锗的层作为辅助层涂覆到硅本体的表面。
2.权利要求1的方法，特征在于在硅本体的表面上提供SixGe1-x-yCy层作为辅助层，其中0.70＜x＜0.95，y＜0.05。
3.权利要求1或2的方法，特征在于以一定厚度施加辅助层，使得该层在氧化处理期间不在整个厚度上被转化为氧化物。
4.权利要求1或2的方法，特征在于将氮化硅层涂覆到辅助层上，在氮化硅层以及辅助层中均形成窗口。
5.权利要求1、2、3或4的方法，特征在于在将辅助层涂覆到硅本体的表面之前，使该表面具有二氧化硅层，并且在二氧化硅层中也形成窗口。
全文摘要
一种制造半导体器件的方法，该半导体器件包括具有表面(4)的硅本体(1)，表面(4)上提供有包围有源区(3)的场隔离区(2)。在该方法中，在硅本体的表面上形成材料辅助层(5)，在氧化处理期间，在该层上形成比在硅本体的硅上更厚的二氧化硅层。这里，在表面上形成包含硅和锗的辅助层，所述辅助层优选为Si
文档编号H01L21/762GK1689151SQ03823611
公开日2005年10月26日 申请日期2003年9月30日 优先权日2002年10月3日
发明者J·施米茨, C·拉维特, R·V·T·鲁亚克斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司